ఫాన్ వాల్
ఒక పెద్ద రోటర్, లేదా వంద వేల చిన్నవి? మీ కంప్యూటర్ కు చల్లని గాలి అందించేది వంటి పరిమాణంలో ఉండే చిన్న ఫ్యాన్లతో నిర్మించిన గోడలు నగర వాయువును విద్యుత్తుగా మార్చగలవని మేము పరీక్షిస్తున్నాం. ఇంకా పనిచేయని భాగాలను కూడా కలుపుకొని ఈ గణితం ఇక్కడ ఉంది.
మీరు ఎప్పుడైనా చూసిన ప్రతి పవన టర్బైన్ కూడా అదే తర్కాన్ని అనుసరిస్తుంది: ఒక రోటరును సాధ్యమైనంత పెద్దదిగా నిర్మించండి, దానిని సాధ్యమైనంత ఎక్కువ ఎత్తులో ఉంచండి మరియు విశాలమైన బ్లేడ్లను ఆకాశాన్ని శుభ్రం చేయడానికి అనుమతించండి. ఇది అద్భుతంగా పనిచేస్తుంది. దీనికి కూడా క్రాన్లు, రోడ్లు, తెరిచిన భూమి, సంవత్సరాల అనుమతులు అవసరం, మరియు ఇది పక్షులను చంపుతుంది. మనం విరుద్ధ ఆలోచనను పరీక్షించాలని కోరుకుంటున్నాం.
 high, 1,800 m² covered in about 110,000 fans of 120 mm, grouped in 6,900 plug-in modules. Local Solar System “అభిమానం చిత్రం రివ్యూ”.
ఆలోచన
ఒక కంప్యూటర్ చల్లబరుస్తుంది చిన్న axial ఫ్యాన్ తీసుకోండి. ఇది వెనుకకు నడుస్తుంది: కాంతి రొటరును తిరగనివ్వండి, మరియు బ్రష్ లేని మోటార్ లోపల ఒక చిన్న జనరేటర్గా మారుతుంది. ఒక పిజ్జా బాక్స్ యొక్క పరిమాణంలో ఒక మాడ్యూల్ లో వాటిని పన్నెండు పెట్టి, ప్రతి ఒక్కరూ వేగం గాలి ఒక ఆకారం ఫెన్నెల్ ఇవ్వండి, మరియు వేల మాడ్యూళ్ళతో ఒక గోడ కవర్.
If one fan breaks, the wall loses one hundred-thousandth of its output, and anyone with a screwdriver can replace it. మాడ్యూల్స్ సాధారణ ప్యాకేజీలు లో నౌక. వారు ఒక గోడ మీద కూర్చొని, భవనం యొక్క కోణంలో ఎక్కవచ్చు లేదా హైవే యొక్క శబ్ద బంధన ప్యానెళ్లను మార్చవచ్చు.
ఇది వెలుగులో ఉండవచ్చు ఎక్కడ
పక్షులు మరియు బాతులు. పెద్ద టర్బైన్లు వన్యప్రాణులకి ఒక నిజమైన సమస్య: అంచనా వేయబడిన 140,000 నుండి 328,000 పక్షులు ప్రతి సంవత్సరం మోనోపొల్ టర్బైన్లలో మరణిస్తాయి.2013 లో, లాస్, విల్ మరియు మార్రా). 150 m రోటర్ 10 rpm వద్ద తిరుగుతుంది మరియు దాని బ్లేడ్ చివరలను π × 150 m × 10 / 60 s ≈ 79 m/s వద్ద కదిలిస్తుంది. ఒక 10 mm మెష్ వెనుక ఉన్న 120 mm ఫ్యాన్ దాని చిట్కాలను నడక వేగంతో తిరుగుతుంది. ఇంతవరకు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మరియు మ
Siting. వాయువు వేగం పెరుగుతుంది అది తిప్పబడింది: ఒక గోడ ఎగువ భాగంలో, ఒక భవనం కోణంలో, ఒక వీధి కన్యన్ వద్ద. ఒక పెద్ద రోటర్ ఆ ప్రాంతాలు అనుసరించడానికి కాదు. ఒక మోడ్యూల్ అరేంజ్ నిజంగా వాటిని కవర్ చేయవచ్చు.
.
.
.
అనుసంధానం మరియు నిర్వహణ. క్రాన్ లేదు, ప్రత్యేకమైనది లేదు, ప్రత్యేకమైన రవాణా లేదు. ఒక మొత్తం 1,800 m² గోడకు సుమారు 1,700 కార్టన్లు, నాలుగు లేదా ఐదు సరఫరా కంటైనర్లు సరిపోతాయి.
.
వాయు మరియు సూర్యుడు కలిసి. వాయువు సాధారణంగా రాత్రి మరియు శీతాకాలంలో, సౌర ప్యానెల్స్ బలహీనంగా ఉన్నప్పుడు ఊగుతాయి. ఒకే భవనంపై, రెండు ఒకదానితో ఒకటి పూర్తిగా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.
గణితం తో, భౌతిక శాస్త్రం
ఒక A ప్రాంతం ద్వారా పవనం చేత నడిచే శక్తి P = ½ ρ A v³, ఇక్కడ ρ = 1.225 kg/m³ వాయు సాంద్రత మరియు v పవనం వేగం. 6 m/s వద్ద ఒక చదరపు మీటరు ½ × 1.225 × 6³ ≈ 132 Wను కలిగి ఉంటుంది; 12 m/s వద్ద ఇది 1,058 Wను కలిగి ఉంటుంది, ఎనిమిది రెట్లు ఎక్కువ.
ఏ రోటర్ అది అన్ని పట్టుకోలేరు, ఎందుకంటే గాలి మార్గం నుండి కదిలిస్తూ ఉండాలి. బెట్జ్ పరిమితి ఒక తెరిచిన రోటర్ దాని ద్వారా ప్రవహించే శక్తిలో ఎక్కువగా 16/27 ≈ 59%ను ఉత్పత్తి చేయగలదని చెబుతుంది.
ఒక చిన్న రోటర్ ఒక చిన్న పెద్ద రోటర్ కాదు. భౌతిక మార్పులు.
ఇక్కడ మొదటి నిజమైన సమస్య ఉంది. ఒక 120 mm ఫ్యాన్ బ్లేడ్ సుమారు2cm యొక్క కోర్డును కలిగి ఉంటుంది. 6 m/s వద్ద దాని రెనొల్డ్స్ సంఖ్య Re = v × c / ν ≈ 6 × 0.02 / 0.000015 ≈ 8,000, ఒక పరిస్థితి లో బ్లేడ్లు వారి యొక్క ఎక్కువ ఎత్తును కోల్పోతాయి. ఇంపీరియల్ కాలేజీలో ఒక టర్బైన్ గా డిజైన్ చేసిన2సెంటీమీటర్ల రోటరు దాదాపు 9% పవర్ కోఫిడెంట్ ను చేరుకుంది (Howey, Bansal and Holmes, 2011). కంప్యూటర్ ఫ్యాన్స్ వాయు తొలగించడానికి రూపొందించబడ్డాయి, అది ద్వారా తొలగించబడలేదు. అందువల్ల, మేము 5% (అశాంతికరమైన) లేదా 10% (కేంద్రీయ) లేదా 20% (ఆశక్తికరమైన) రోటరు సామర్థ్యాన్ని మరియు ఫ్యాన్ నుండి గ్రిడ్ వరకు విద్యుత్ చైన్ ను 40%, 55 లేదా 70% గా అంచనా వేస్తాము.
డాట్స్ సహాయం చేయవచ్చు. ఒక విస్తృతమైన బ్రిమ్ తో ఒక డిఫ్యూజర్, “విండ్ లెన్స్” క్యుషు విశ్వవిద్యాలయంలో అభివృద్ధి చేయబడింది, అదే పరిమాణంలో ఉన్న రోటర్ యొక్క శక్తిని2నుండి5వరకు పెంచుతుంది (Ohya and Karasudani, 2010). కానీ ఒక డాక్ట్ ఫ్రంట్ల్ స్పేస్ తీసుకుంటుంది: పరికరం యొక్క ఫ్రంట్ల్ ప్రాంతాన్ని దాటిన శక్తిలో సగం కంటే ఎక్కువను ఉత్పత్తి చేయడం చూపించబడలేదు (Dighe et al., 2018). మా నమూనా అక్కడ అది కవర్స్.
కేంద్ర ఊహలతో మొత్తం గోడ 6m/s వద్ద7kW, 10 m/s వద్ద 34 kW మరియు 15 m/s వద్ద 114 kWను కలిగి ఉంటుంది. ఫ్యాన్ పరిమాణం శక్తిని కొద్దిగా మార్చుతుంది, ఎందుకంటే అన్ని పరిమాణాలు 55% వరకు గోడను తిరిగే బ్లేడ్లతో కవర్ చేస్తాయి; ఇది భాగాలను మరియు ఖర్చును మార్చుతుంది. డాక్ట్స్ మాత్రమే ప్రతి రోటర్ యొక్క ఉత్పత్తిని రెట్టింపు కంటే ఎక్కువగా ఉంటే గెలుస్తుంది, ఎందుకంటే వారు తక్కువ అభిమానులకు గదిని వదిలివేస్తారు.
ఒక సంవత్సరం లో ఎంత శక్తి
ఒక స్థలంలో వాయువు ఎప్పుడూ స్థిరంగా ఉండదు. మేము మూడు సైట్లను ఒక ప్రామాణిక (రేలీ) గాలిపటం పంపిణీతో నమూనాగా తీసుకున్నాము: ఒక సిటీ రోడ్ టాప్ సగటున4m/s, ఒక హైవే బారియర్ 4.5 m/s మరియు ఒక ఎక్స్పోజెడ్ కోస్ట్ 6.5 m/s వద్ద. నిజమైన పట్టణ వాయువు బలహీనంగా ఉంటుంది: UK కార్బన్ ట్రస్ట్5m/s వరకు కూడా చేరే కొన్ని నిర్మాణ స్థలాలను కనుగొంది (కార్బన్ ట్రస్ట్, 2008), మరియు వారక్విక్ విండ్ ట్రయల్స్ లో 26 భవనం-అమర్చిన మిశ్రమ టర్బైన్లు సగటు సామర్థ్య సూచిక 0.85% (ఎన్క్రఫ్ట్, 2009).
పరిమాణానికి, ఒక సాధారణ3MW ఆన్ షిఫ్ట్ టర్బైన్ 35% సామర్థ్య ఫ్యాక్టర్తో పనిచేయడం వలన 3 MW × 8,760 h × 0.35 ≈ 9.2 GWh సంవత్సరానికి ఉత్పత్తి అవుతుంది: సుమారుగా 65 తీరపు ఫాన్ గోడల కంటే ఎక్కువ.
ఇది ఖర్చు ఏమిటి
మేము స్క్వేర్ మీటరుకు ప్రతి భాగాన్ని అంచనా వేశాము: $3 to $8 వాల్యూమ్లలో ప్రతి ఒక్కటిలో నీటిని నిరోధించే ఫ్యాన్లు, చట్రాలు మరియు మెష్లు, ఎలక్ట్రానిక్స్, మరియు ఒక ప్రస్తుత భవనంపై అమర్చడం. మొత్తం గోడకు $0.76 million to $2.43 మిలియన్ (కేంద్ర $1.38 మిలియన్) ఖర్చు అవుతుంది, దీనిలో ఏ విధమైన డ్రైనేజీలు లేవు. 20 సంవత్సరాల పాటు7శాతం డిస్కౌంట్ రేటుతో, నిర్వహణతో విస్తరించి, ప్రతి కిలోవాట్-గంటకు ఖర్చును ఇస్తుంది.
నిజాయితీగా చదవడం: ఈ రోజు కంప్యూటర్ అభిమానుల నుండి నిర్మించిన, ఫాన్ వోల్డ్ ఖర్చులు గురించి $1.20 per kWh on a windy coast and about $5 ఒక నగరం లో కేంద్ర కేసులో. నివాస గృహం పైకప్పు సౌర ఖర్చులు $0.12 to $0.28, ఉపయోగకరమైన-స్కేల్ వెలుగు $0.03 to $0.07 (Lazard LCOE+, జూన్ 2024; IRENA, 2024). ఒక విద్యుత్ కేంద్రం గా, ఈ భావోద్వేగం నేడు పోటీ పడటం లేదు.
నిజమైన ఉండాలి ఏమిటి
ఈ సంఖ్యలను మార్చడానికి పరిశోధనలు జరుగుతున్నాయి. 65% విద్యుత్ చైన్ మరియు డ్యూకెడ్ మాడ్యూల్స్ కలిగిన ఒక తీరప్రాంత సైట్ లో, ప్రతి కిలోవాట్-గంటకు ఖర్చు రెండు విషయాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది: ప్రతి డ్యూకెడ్ రోటర్ ఎంత బాగా పవనం (అది ప్రభావవంతమైన సామర్థ్యం)ను మార్చగలదు మరియు ఏ స్క్వేర్ మీటర్ యొక్క గోడలు ఏర్పాటు చేయబడ్డాయి.
| ప్రభావవంతమైన డాక్ట్ రోటర్ సామర్థ్యం | $200 ప్రతి m² | $400 ప్రతి m² | $800 ప్రతి m² |
|---|---|---|---|
| 10% | $0.60 | $1.21 | $2.41 |
| 20% | $0.30 | $0.60 | $1.21 |
| 30% | $0.20 | $0.40 | $0.80 |
| 40% | $0.15 | $0.30 | $0.60 |
ఈ పరిశోధన కార్యక్రమం
| దశ | మేము ఏమి | మేము ఏమి కొలుస్తాం | అంచనా వ్యయం |
|---|---|---|---|
| 0. డెస్క్ స్టడీ | డాక్టు ఆకారముల యొక్క కంప్యూటర్ సిమ్యులేషన్, బ్లేడ్ డిజైన్ మరియు విద్యుత్ లేఅవుట్ | అంచనా వేసిన సామర్థ్యం మరియు నష్టాలు | $15k to $30కె |
| 1. బెంచ్ టెస్టులు | 3 నుండి 15 మీటర్ల వేగంతో వీచే ఒక తుఫానులో 20 ఆఫ్- ది- షెల్ఫ్ మరియు 20 కస్టమ్ రోటర్లు | సమర్థత కర్వ్స్, ప్రారంభ వేగం, శబ్దం | $30k to $60కె |
| 2. ఒక మాడ్యూల్ | 16- ఫాన్ మాడ్యూల్ డాక్ట్స్ మరియు పవర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ తో | మాడ్యూల్ సామర్థ్యం, ఒక సంవత్సరం బయట | $25k to $50కె |
| 3. 10 m² పైలట్ | ఒక వన్యప్రాణి కెమెరాతో ఒక ఇన్స్ట్రుమెంట్డ్ రూఫ్ టాప్ ప్యానల్ | శక్తి, ఆర్రే నష్టాలు, అందుబాటులో, పక్షులు మరియు బాతులు | $60k to $120కె |
| 4. పూర్తి గోడ డిజైన్ | నిర్మాణం, ధృవీకరణ, చివరి ఖర్చు మోడల్ | m²కు స్థాపించిన ఖర్చు, kWh కు ఖర్చు | $50k to $100k బ్లాకులు |
0 నుండి3దశలు దాదాపుగా $130,000 to $260,000 అవసరం. ఒక పూర్తి గోడ మాత్రమే అర్ధం పీలేట్ ఆ అంచనా నిరూపిస్తుంది ఉంటే. అన్ని పరిశోధనలు ఫౌండేషన్ యొక్క త్రేసర్ నుండి చెల్లించబడతాయి, ఇది ప్రయోగశాలలు మరియు సరఫరాదారుల నుండి సర్వర్లు మరియు ప్రజలకు ప్రాజెక్టు అవసరమైన ప్రతిదీ నిధులు అందిస్తుంది; దానాలను ఒక కార్యక్రమానికి మాత్రమే కేటాయించలేము. పూర్తి సాంకేతిక నివేదిక, నమూనా మరియు దాని డేటా తెరిచి ఉన్నాయి: model data and model code.
మీరు ఎలా సహాయం చేయవచ్చు
- మీ నైపుణ్యం తీసుకురండి. చిన్న రొటర్ వాయు గతి విధానాలు, పవన్ ఎలక్ట్రానిక్స్, నిర్మాణాత్మక ఇంజనీరింగ్ లేదా పక్షుల నిఘా గురించి తెలిసిన వారు మాకు కావలసి వస్తారు. ఒక పనిని అందించు.
- ఒక పైకప్పును అందించండి. సురక్షితమైన ప్రవేశంతో ఒక గాలిపటంతో కూడిన ప్లాట్ పైకప్పు 10 m² పైలట్ను ఆహ్వానించవచ్చు. ఇది ఎక్కడ ఉంది మరియు ఎలా ఎక్స్పోజ్ అది భావిస్తున్నాను మాకు చెప్పండి.
- వాయు సమాచారాన్ని పంచుకోండి. మీరు ఒక గోడ, తీరం లేదా వంతెనపై వాతావరణం స్టేషన్ను నడుపుతున్నట్లయితే, ఒక సంవత్సరం వాయు పరిమాణాలు మాకు పైలట్ సైట్ను ఎంచుకోవడానికి సహాయపడతాయి.
- ఇంట్లో పరీక్ష. ఒక తక్కువ ధర నీటిని నిరోధించే ఫ్యాన్, ఒక బ్రిడ్జ్ రిక్టిఫైయర్ మరియు ఒక మల్టీమీటర్ ఒక గాలులు బాల్కనీ మీద ఒక మంచి శాస్త్రీయ ప్రాజెక్టు చేస్తుంది. వేర్వేరు గాలులు వద్ద వోల్టేజ్ మరియు ప్రస్తుత పరిమాణం మరియు మాకు సంఖ్యలు పంపండి.
- ఫౌండేషన్కు మద్దతు ఇవ్వండి. దానధర్మాలు ట్రేసరీ కి వెళ్తాయి మరియు ఈ ఒకటితో సహా మా పరిశోధనను కొనసాగించాలి.
మూలాలు
- హౌయ్, D.A., బన్సల్, A. మరియు హోమ్స్, A.S. (2011). శక్తిని సేకరించే దిశగా సెంటీమీటర్ల పరిమాణంలో ఉన్న వర్షన్డ్ విండ్ టర్బైన్ను డిజైన్ చేయడం, దాని ప్రదర్శనను నిర్వహించడం జరిగింది. స్మార్ట్ మాటిరియల్స్ అండ్ స్ట్రక్చర్స్ 20, 085021.
- కె., మరియు కె.ఎస్. (2010). విండ్-లెన్స్ సాంకేతిక విజ్ఞానంతో అధిక ఉత్పత్తి శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే ఒక రక్షించబడిన పవన్ టర్బైన్. Energies 3(4), 634-649.
- డేవిడ్, ఎ.ఎఫ్., డాక్టర్ జోసెఫ్, జి.ఎఫ్., మరియు మైఖేల్, ఎఫ్. (2018). డాక్ట్ పవన్ టర్బైన్ ఆప్టిమైజేషన్ మరియు రోటర్ స్థానం కు సంవేదనాత్మకత. Wind Energy Science 3, 221-229.
- కె.విశ్వనాథ్ (2008). Small-scale wind energy: policy insights and practical guidance.
- కె., రామచంద్రరావు (2009). వార్విక్ విండ్ ట్రయల్స్ చివరి నివేదిక.
- Pacific Northwest National Laboratory (2024). Distributed Wind Market Report, 2024 edition: small wind averaged $7,370 per kW installed and a 13% capacity factor in 2023.
- Lazard (June 2024). శక్తి ఖర్చు+.
- IRENA (2024). 2023 లో నూతన విద్యుత్ ఉత్పత్తి ఖర్చులు.
- ఐ.ఎస్.ఎల్. ప్రతి నివాసానికి విద్యుత్ వినియోగం, EU.
- US Energy Information Administration (2022). సగటు నివాస విద్యుత్ వినియోగం.
- లాస్, S.R., విల్, T. మరియు మార్రా, P.P. (2013). యునైటెడ్ స్టేట్స్ లో విమానాలలో శిక్షణ పొందిన శిక్షకులు అమెరికన్ ఎయిర్ ఫోర్స్ లో పనిచేస్తున్నారు. జీవశాస్త్ర సంరక్షణ 168, 201-209.